中国大陆科学钻主孔现今地应力状态

用钻孔崩落法确定了中国大陆科学钻探主钻孔5 047 m深度以上的现今地应力状态.由钻孔声波成像测井资料发现, 科学钻主钻孔在1 200 m深度以下出现了钻孔崩落现象.我们从1 216~5 047 m的深度范围内采集了143个钻孔成像测井图象资料, 对钻孔崩落椭圆长轴方位进行了统计, 结果表明崩落椭圆长轴平均方位为319.5°±3.5°, 最大水平主应力方位平均为49.5°±3.5°.利用崩落形状要素(崩落深度和崩落宽度) 以及岩石的内聚力和内摩擦角, 估算了1 269 m至5 047 m范围内52个深度上的最大和最小水平主应力的大小.结果表明, 在浅处1 216 m深度, 最大水平主应力为42 MPa, 最小水平主应力为30.3 MPa; 在深处5 000 mm深度, 最大水平主应力为160.5 MPa, 最小水平主应力为120 MPa; 地应力随深度近于线性增加.据岩石密度测井资料计算了各个深度上静负载应力.3个主应力的大小和方向反映出科学钻主孔位置的应力场处于走滑应力状态, 与临近地区地震震源机制解和其他方法得到的应力场一致.利用声发射法对岩心试件进行了声发射测量, 得到了最大水平主应力幅值, 并与崩落法测量结果进行了对比, 两者十分一致.      

中国大陆科学钻探主孔钻孔崩落与现场应力状态的确定

中国大陆科学钻探主钻孔在1200m深度以下出现了钻孔崩落现象,我们在1200m至2015m的范围内采集了82个钻孔成像测井图象资料。对钻孔崩落长轴方位进行了方向统计,结果表明近似对称的崩落平均方位为324.8°±3.3°,对应的平均最大水平主应力方位为54.8°±3.3°。利用崩落形状要素(崩落深度和崩落宽度)以及岩石力学实验确定的岩石内聚力和摩擦系数,计算了1269m、1500m、2000m等16个深度上的最大和最小水平主应力的大小。根据岩石密度测井资料计算了各个深度上静负载应力。三个主应力的大小和方向反映出主钻孔位置的应力场处于走滑应力状态,与地震震源机制解得到的走滑应力场一致。     

关于大陆科学钻探中的地学信息获取

文章介绍了通过科学钻探获取的地学信息的特点和地学信息获取方式。着重介绍了几种对探有特殊意义的地学信息获取方法。最后提出了为实现获取地学信息的目标而制定科学钻探技术主案时须遵循的准则。     

科学钻探中的地应力测量

本文详细介绍了在钻孔中利用声波测井和密度测井数据原位确定最小主应力的原理和方法。对于小型水力压裂实验确定地应力,以及利用其结果对测井结果进行刻度,从而获得连续地应力剖面的方法也作了系统讨论。对于预应力场中钻孔周围的应力分布和造成井眼变形的力学原理,以及利用多方位井径测量,声波井壁成像测井和微电阻率扫描成像测井确定主应力方向的方法作了介绍,文中给出ＫＴＢ主孔中应力测量结果的一些实例。     

中国大陆科学钻探新进展

自1962年美国提出“国际上地幔项目”（IUMP），将以研究深部陆壳构造形态、物质成分和演化史为主要内容的深部地质学推进到一个新阶段。至今已经30年了。     

中国大陆科学钻探面临解决的关键地球科学问题

中国大陆科学钻探面临解决的关键地球科学问题许志琴（中国地质科学院地质所）关键词大陆科学钻探，中国大陆科学钻探是当代地球科学的重大前沿课题，是与航天技术并驾齐驱的又一高科技工程，这一点已为国际地学界所共识。     

中国大陆科学钻探主孔揭示的大陆地壳生热模型

本文对大陆科学钻探主孔149块岩心样品进行了系统的岩石放射性生热元素U、Th和K的含量测试,同时结合该井浅部井段前人的实测数据,揭示了上地壳5km生热率的垂向分布。结果显示,以1650m为界,上下两段生热率均随深度呈增加趋势,与正常地壳生热率特征不同,显示出超高压变质带独特的生热率垂向变化特征。结合地壳的岩性分布,建立了苏鲁超高压变质带地壳的生热模型。该模型中,地壳厚32km,其中上地壳0-10km,由超高压变质岩片组成,按岩性又详细分为8层,生热率变化在0．49～1．73μWm^-3。中地壳10～20km,由片麻岩组成,生热率为生热率1．51μWm^-3。下地壳20～32km为麻粒岩,生热率0．31μWm^-3。整个地壳热流约31mW／m^2,其中上地壳12mW／m^2。上地壳厚度和热流分别占整个地壳的31％和39％。与华北和下扬子地壳生热模型相比,上地壳热流整个地壳热流的比例最低。这表明,苏鲁超高压变质带,作为中朝与扬子板块俯冲-碰撞的产物,其地壳生率垂向分布与正常大陆地壳（华北、下扬子）相比,具有显著的不同。     

中国大陆科学钻探工程进展

经过12年锲而不舍的努力,中国大陆科学钻探工程终于成为国家级大科学工程及国际大陆科学钻探工程项目.直接观察陆壳的"大陆科学钻探"是伸入地球内部的"望远镜",是具有划时代意义的地学高科技系统工程,是解决人类发展所面临的资源、灾害和环境三大问题的重要手段之一,是继人类登月后向地球的又一次挑战!     

纪念中国大陆科学钻探实施15周年、国际大陆科学钻探委员会成立20周年

大陆科学钻探是“入地”的重要手段,是“深入地球内部的望远镜”。中国大陆科学钻探事业开展15周年以来,取得重要进展,获得全球地学界的高度关注,特别是2001年实施的中国第一口大陆科学深钻 （5158m）,成果辉煌,影响巨大。继后,又开展了青海湖环境科学钻探、松辽盆地白垩纪科学钻探、柴达木盐湖环境资源科学钻探,汶川地震断裂带科学钻探以及中国大陆科钻资源集成计划,总共钻进约 35km,显示了中国科学钻探方兴未艾的景象。为纪念国际大陆科学钻探20周年（1996~2016）和中国大陆科学钻探实施15周年（2001~2016）,本文回顾中国大陆科学钻探实施15年来的艰辛和奋斗的历程,展望中国大陆科学钻探的未来。     

Wellbore breakouts of the main borehole of Chinese Continental Scientific Drilling (CCSD) and determination of the present tectonic stress state

The Sulu-Dabie high-pressure (HP)-ultrahigh-pressure (UHP) metamorphic belt as the product of subduction-collision between the northern China plate and Yangtze plate underwent a process of formation and evolution from deep subduction→exhumation→extension→slow uplift. The study of its modern tectonic stress field has great significance for a complete understanding of the process of formation and evolution of the HP-UHP metamorphic belt, especially the exhumation and uplift of the belt. Wellbore breakouts are the most visual tectonic phenomenon which can characterize the modern stress action in the main borehole of Chinese Continental Scientific Drilling (CCSD). Ultrasonic borehole televiewer reflection wave data show that wellbore breakouts began to occur at 1216 m depth of the main borehole. A total of 143 borehole televiewer images were collected from 1216 to 5118 m depth (hole completion depth). After data processing and statistics, the average azimuth of the long dimension of the wellbore breakout obtained was 319.5° ± 3.5°, indicating that the average azimuth of the maximum horizontal principal stress causing wellbore breakout initiation was 49.5° ± 3.5°. The maximum and minimum horizontal principal stress values at 52 depths in the interval of 1269 to 5047 m were estimated using the elements of wellbore shapes (wellbore depth and width), combined with the cohesive strength and internal frictional angle of the rock obtained by rock mechanical tests on samples, and the static load stresses at corresponding depths were calculated according to the rock density logging data. The results indicate that: the maximum and minimum horizontal principal stresses are 41.4 and 25.3 MPa at 1269 m depth respectively and 164.7 and 122 MPa at 5047 m depth respectively; the maximum vertical stress is 141.3 MPa at 5047 m depth with a density of 2.8 g/cm³; the in-situ stresses increase nearly linearly with depth. The magnitudes and directions of the three principal stresses reflect that the regional stress field around the CCSD main borehole is mainly in a strike-slip state, which is consistent with the basic features of the regional stress field determined using other methods.     

中国大陆科学钻探工程现场实验室采样及样品处理方法探讨

本文主要阐述了中国大陆科学钻探工程现场实验室采样和分析流程。介绍了现场气体分析方法和异常气体采集装置的使用及其对气体分析结果的影响情况,并比较了气体分析的准确度和精密度。对比了4种现场泥浆样品处理方法,特别是后两种方法,分别从准确度和精密度、上层清液放置时间和泥浆处理时间等不同因素对泥浆分析结果的影响进行了分析比较。     

中国大陆科学钻探主孔榴辉岩中重晶石的发现及其意义

在中国大陆科学钻探主孔榴辉岩中发现了重晶石。重晶石以包裹体形式保存在石榴子石中,多为浑圆状,表面积平均约250μm2。通过电子探针测试,重晶石中SrO含量大多超过20%,为锶重晶石,其化学分子式为(Ba0.4836~0.6180Sr0.3787~0.4722Ca0.0064~0.0889)S0.9688~0.9963O4。同时还发现榴辉岩中的石榴子石有柯石英假象,温压条件计算表明该榴辉岩的峰期温压条件为696~730℃,2.9~3.2GPa。电子探针成分测定包裹这些重晶石的石榴子石为峰期变质矿物,这进一步说明重晶石也经历过超高压变质。重晶石通常形成于强氧化和高盐度流体作用的条件下,本文的研究表明超高压变质过程中至少出现了一定范围内的强氧化环境和高盐度流体作用,但其地球动力学意义有待进一步研究。     

中国大陆科学钻探终孔及研究进展

中国大陆科学钻探工程经过1309天的努力奋斗，于2005年1月23日，钻井终孔深度达到5118．20m。成为中国钻探技术发展的新里程碑。全面研究正在开展，在巨量物质深俯冲、超高压深俯冲与折返的精确定年、超高压岩石的原岩形成背景、上地幔流变学、地幔特殊新矿物发现、地下流体异常及地下微生物发现等方面已取得重要进展。     

中国大陆科学钻探主孔榴辉岩的分类及测井识别

榴辉岩是中国大陆科学钻探主孔的主要岩性之一, 分布在3245m之上.根据测井响应特征, 如自然伽玛、密度、中子孔隙度等, 可以很好地区分榴辉岩与主孔的其他岩类.由于主孔榴辉岩具有不同的矿物成分、全岩化学成分和测井响应特征, 这为进一步详细划分榴辉岩亚类奠定了基础.从原岩的起源、氧化物含量、次要矿物等3个角度对主孔榴辉岩进行分类, 研究了基于多元统计学的榴辉岩亚类的测井识别方法; 利用该方法对重构的11种榴辉岩亚类进行测井评价, 将可以利用测井资料识别的榴辉岩亚类归并为6种; 根据对榴辉岩亚类的识别结果, 将主孔中榴辉岩划分为20个层段, 分析了各种榴辉岩亚类在主孔中的深度分布特征, 为地学研究提供了资料.      

中国大陆科学钻探主孔0~2000 m榴辉岩的退变质过程

中国大陆科学钻探主孔位于大别-苏鲁这条典型的超高压变质带上，孔内0-2000m的岩心中，各种榴辉岩占到50％以上。榴辉岩大多经历了不同程度的退变质。依据榴辉岩中主要矿物绿辉石和石榴石的退变质程度，0-2000m榴辉岩的退变质过程可分为2个大阶段，4个亚阶段：第一大阶段(又分为轻微退变质、部分退变质)、第二大阶段(又分为退变质和强退变质)。总的退变质趋势是：石榴石逐渐被韭角闪石或黑云母 绿帘石替代；绿辉石逐渐被角闪石 钠长石后成合晶替代，硬玉(1d)含量逐渐减少，并部分转化为霓辉石。榴辉岩在退变质过程中所经历的温压条件为：峰期变质温度为697-831℃，压力3．0Gpa左右；部分退变质阶段温度为629-776℃，压力1．2-1．6Gpa；退变质阶段温度为550-650℃，压力O．5-0．7Gpa；强退变质阶段温度为300-400℃，压力0．30-0．35Gpa。综合岩石、矿物及形成温压条件等特征，推断榴辉岩的折返过程经历了两个大阶段：第一大阶段是近等温降压的快速折返(榴辉岩在此期间经历了第一大阶段的退变质)，第二大阶段是降温降压的缓慢抬升(榴辉岩继而经历了第二大阶段的退变质)。绿辉石的完全退变质，既是划分榴辉岩两大退变质阶段的标志，同时也是区分两大折返阶段的标志。     

江苏东海预先导孔（CCSD-PP2）岩心样中磷灰石裂变径迹年龄测定

对中国大陆科学钻探预先导孔(CCSD-PP2)的11个钻孔岩心样进行了裂变径迹年龄测定，其中lO个样品的结果为79.6～52．0Ma。经数学处理后，初步可以看出裂变径迹年龄随深度的变化趋势，并在此基础上，对隆升速度和古地温梯度进行了初步讨论，推算该地块在80．4～52．0Ma以前的隆升速度约为35．0m／Ma，当时的古地温梯度约为35．6℃／km。     

CCSD(0～5158m)HP-UHP变质岩中石英脉流体包裹体研究

本文对中国大陆科学钻探(CCSD)0～5158m HP-UHP变质岩石英脉中流体包裹体进行了研究,通过冷热台与拉曼光谱测定发现其中含有4种流体包裹体(Ⅰ型)盐水溶液包裹体,并进一步分为高盐度盐水溶液包裹体(Ⅰa型)、中高盐度盐水溶液包襄体(Ⅰb型)、中等盐度盐水溶液包裹体(Ⅰc型)和低盐度盐水溶液包裹体;(Ⅱ型)N2-CH4纯气相包襄体;(Ⅲ型)含方解石子矿物的流体包裹体;(Ⅳ型)CO2-NaCl-H2O包裹体及纯CO2包裹体.其中Ⅲ和Ⅳ型流体包裹体是CCSD石英脉中首次发现.Ⅰa、Ⅰb型流体包裹体主要以原生的形式赋存在榴辉岩及片麻岩的石英脉或石英颗粒当中,它们主要是被捕获于折返早期高压变质重结晶阶段;Ⅰc和Ⅰd两类包裹体则主要以次生的形式赋存于榴辉岩及片麻岩的石英脉或石英颗粒当中.说明它们是在超高压变质岩折返过程的较晚阶段捕获的.以原生形式出现的含方解石子晶及CO2包裹体,指示部分石英脉及其围岩可能经历过超高压变质作用甚至麻粒岩相阶段.CCSD中的石英脉可能主要形成于折返早期高压变质重结晶阶段,其中的HP-UHP岩石在板决折返及其以后退变质过程中释放出的变质流体活动范围有限,没有经历大规模的流动或迁移.